Гравитация и закон сохранения энергии

Потенциальная энергия переходит в кинетическую.

А сумма их (потенциальной и кинетической энергий) постоянна.

http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-01-physics-i-classical-mechanics-fall-1999/video-lectures/lecture-11/ Тут все вполне популярно, правда на английском (с англ. субтитрами). Вообще курс отличный :)

> Потенциальная энергия переходит в кинетическую.

Ну такое обьяснение понятно, но потенциальная энергия - это метафора.

Например у нас в какой то момент есть растянутая пружина и на ней есть груз, в этот момент времени груз имеет потенциальную энергию, которая заключается в растянутой кристалической решетке пружины, то есть ранее мы потратили энергию что бы растянуть кристалическуб решетку пружины, энергия перешла в растянутость, и она закончится когда пружина сожмется. А в случае гравитационного поля где хранится энергия, и откуда она там взялась, и когда закончится?

А в случае гравитационного поля где хранится энергия, и откуда она там взялась, и когда закончится?

Мне кажется, хороший ответ на этот вопрос принесет ответившему Нобелевскую премию :)

потенциальная энергия есть у тела в гравитационном поле, а не у самого поля.

>>потенциальная энергия есть у тела в гравитационном поле, а не у самого поля.

А что, возможно засвидетельствовать разницу?

ps гравитационные волны вроде не нашли пока.

Это к вопросу «громко ли падает дерево в лесу, если этого никто не слышит».

not ga^Hsm

> А что, возможно засвидетельствовать разницу?

да элементарно. простой вопрос, на который нельзя дать ответ: какова энергия гравитационного поля земли? другой вопрос, ответ на который есть в учебнике физики за 5й класс: какова энергия тела массой килограмм находящегося на высоте 1м от земли?

как можно говорить об энергии гравитационного поля? за счет поля можно перевести потенциальную энергию тела в его же (тела) кинетическую.

>>простой вопрос, на который нельзя дать ответ: какова энергия гравитационного поля земли?

Ну дык это потому что вопрос идиотский, а не потому что существуют способ отвязать потенциал поля в точке от энергии пробного тела, через которую он обычно и вводится.

> гравитационные волны вроде не нашли пока.

косвенные доказательства есть, в 93м году присудили нобелевскую премию.

>>как можно говорить об энергии гравитационного поля?

man потенциал

>>косвенные доказательства есть, в 93м году присудили нобелевскую премию.

Ну да. Только я хз зачем их упомянул - принципиальный вопрос-то останется. Волны сняли бы вопрос о связи с источником, а тут-то речь о приемнике.

Сут в том что поле иначе чем по воздействию на пробные «заряды» (массы) не обнаружить. А значит выделить поле само по себе без приемника не выйдет. Что бы ты ни померил - это будет энергия тела в поле, неотличимая от проявления потенциала самого поля.

Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля

http://ru.wikipedia.org/wiki/Потенциал_электрического_поля

Сечете разницу? Речь идет о энергии заряда в поле. А не о воображаемой, вами, энергии поля. У поля энергии нет.

>>А не о воображаемой, вами, энергии поля. У поля энергии нет.

Это терминологические отмазки. Мое замечание о неразличимости относилось к интерпретации фразы «энергия поля» как «потенциал поля».

Если же ты собрался доказывать мне что фраза «энергия поля» строго говоря не имеет смысла, то это напрасный труд, ибо она действительно не имеет смысла.

> Если же ты собрался доказывать мне что фраза «энергия поля» строго говоря не имеет смысла, то это напрасный труд, ибо она действительно не имеет смысла.

лор торт, предъявить что я не прав, а потом упрекнуть что доказываешь очевидную истину.

> ps гравитационные волны вроде не нашли пока.

а) Есть указания на то, что они существуют. Изменение параметров систем двойных звёзд указывает на то, что происходит излучение гравитационных волн.

б) пол не обязательно должно быть волной

Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия.

Это к вопросу о важности предварительного согласования терминов ;)

Кстати гравитация все-таки стоит особняком и возможно кто-то из спецов тут укажет способ детектировать изменение кривизны без участия пробного «заряда», что придаст гравитационному полю самостоятельность.

>>Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия.

Таким образом, это ставит крест на попытки обнаружить поле, отличные от его взаимодействия с «пробным зарядом»? Без ушей не будет звука?

http://ru.wikipedia.org/wiki/Детектор_гравитационных_волн

Они и основаны не на разнице в весе, а как раз на искривлении пространства.

>>Таким образом, это ставит крест на попытки обнаружить поле, отличные от его взаимодействия с «пробным зарядом»? Без ушей не будет звука?

Хотя это пожалуй ГСМский вопрос ибо основан на понятии «реально быть», которое к физике имеет слабое отношение. То, что будет без ушей, можно назвать как тем же словом «звук», при сходстве матаппарата, так и придумать новое.

не возможно утверждать что-то «без ушей». как раз «уши» и говорят в пользу какой-то теории. точнее теории поясняют то что «слышут уши».

>>Они и основаны не на разнице в весе, а как раз на искривлении пространства.

Во, точно. Таким образом в современной теории гравитации поле проявляет себя шире, нежели обычное силовое поле (действие на пробные заряды). Но вопрос «то же это поле» или «отдельное явление» - вопрос терминологии а не физики.

Хотя вроде известно вроде как важное утверждение об эквивалентности инерционных и гравитационных масс. Выходит дело не только в терминологии, раз это не договоренность а доказательство.

> Во, точно. Таким образом в современной теории гравитации поле проявляет себя шире, нежели обычное силовое поле (действие на пробные заряды).

это «современной теории» 100 лет. это не гравитация проявляет себя, это искривление пространства проявляет себя как гравитация. масса искривляет пространство вокруг себя, создавая гравитацию.

Но вопрос «то же это поле» или «отдельное явление» - вопрос терминологии а не физики.

эта очень важная терминологическая тонкость ведет к огромному количеству последствий. одним проявлением из которых являются те самые гравитационные волны.

Хотя вроде известно вроде как важное утверждение об эквивалентности инерционных и гравитационных масс. Выходит дело не только в терминологии, раз это не договоренность а доказательство.

это принцип, он не доказуем, только экспериментами.

Ну да. Продолжая аналогию, если долго орать на стакан воды то он нагреется, даже если кричащий глух. Можно ввести новое явление и назвать его звук_2 и постулировать равенство звук = звук_2 (принцип эквивалентности). С точки зрения науки нет смысла спрашивать, «тот ли это самый» звук или другое явление.

а как узнать искривлённую геометрию пространства - как ни уравнением движения частицы, т.е. тела, прибора?
Нет движущихся частиц - получаем чёрную неизвестность, вернее полную неопределённость или шрёдингеровского кота.

Вообще курс отличный :)

неистово лорчую, курс просто шикарный

Просто до 20-го века гравитационное_1 поле понималось именно по воздействию на массы, а у фотона массы-то нет - и искривление его траектории это явление из другой оперы, нежели гравитация_1 (воздействие на частицу скалярного поля).

Я конечно не физик, пусть меня господа простят за встревание, но мне кажется, нужно таки думать в терминах суперструн или хотя бы в терминах искривления пространства, т.е. нет гравитации, но есть геометрия, кривизна пространства, потенциальная яма (в пространстве!) и тело, падая в эту яму, высвобождает энергию в другом виде (как потенциальная превращается в кинетическую, затем - в кинетическую отдельных молекул в виде тепла итд).
А исходная энергия постоянна, эта та энергия - которая когда-то уменьшила энтропию, «разнеся» это пространство таким причудливым несимметричным образом.
Т.е. источник энергии - большой взрыв и флуктуация, и тела падают друг на друга, межгалактический газ перемешивается, неравномерности выравниваются. И можно предположить, что из того факта, что энтропия должна возрастать и для искривленного пространства (иначе можно было бы теоретически иметь 100% надёжный хранитель информации) - то и гравитационная неравномерность будет с некоей вероятностью выравниваться, о чём упомянул Evgueni.
Простите за самодеятельность - но мне кажется и рождение частиц из вакуума (как бы энергия вакуума, да?) - это просто переход энергии неравномерности (в тех «сложенных» 9ти или 27 измерениях) в другую форму: в энергию порождённых новых частиц.
И все эти волны обязаны излучаться - чтобы вселенная превратилась в равновесный газ, без неравномерностей, без симметрий, без измерений.
(в противоположность тому - что мы имели и имеем после БВ: максимально неравномерную систему с минимальной энтропией).

Луркмор образовательный.

вот на теде лекция Грина:
http://www.ted.com/talks/lang/eng/brian_greene_on_string_theory.html
(даже если английский не понятен - там есть классные картинки по искривлению пространства и на какую геометрической фигуру считают похоже наше многомерное пространство).

crypto5> потенциальная энергия - это метафора.

Если ты заглянешь в школьный учебник по общей физике советских времён - такой чуши нести не будешь.

А вообще электростатику советую почитать - чтобы хотя бы узнать, что такое потенциал. Дальше вопросы сами должны отпасть.

электростатику читать скучно.
Достаточно долго смотреть на 4 уравнения Максвелла. Из них вся элекстростатика и магнетизм выводятся (физику сплошных сред не учил - за неё не скажу). А вот почему электрический заряд есть, а магнитного заряда - нет, в одном случае - ротор, а в другом - дивергенция - это и есть та ассиметрия пространства, о которой я сказал выше.
Ну ничего, когда нибудь и это сравняется :)
Остывать вам всем окаянным - в холодной равновесной вселенной! (если механизмов понижения не придумаете, конечно)

> Остывать вам всем окаянным - в холодной равновесной вселенной! (если механизмов понижения не придумаете, конечно)

Культ свидетелей тепловой смерти вселенной? ;-)

потенциальную энергию, которая заключается в растянутой кристалической решетке пружины...

А в случае гравитационного поля где хранится энергия ... ?

Ну то есть само наличие вещества и электро-магнитное взаимодействие удивления не вызвает?

Да и кстати - электромагнитное поле имеет массу?

> Ну то есть само наличие вещества и электро-магнитное взаимодействие удивления не вызвает?

Ну не на все же вопросы одновременно искать ответы? ;-)

Да и кстати - электромагнитное поле имеет массу?

Я не совсем понял к чему это..

Тратится гравитационная (т.е. потенциальная) энергия. Например, в тесных двойных системах расстояние между компонентами уменьшается быстрее, чем когда эти компоненты расположены далеко друг от друга, именно из-за излучения гравитационных волн. Гравитация, скорее всего, не имеет никакого переносчика, а определяется искривлением пространства-времени; а гравитационное взаимодействие является результатом наложения этих искривлений.

Да и кстати - электромагнитное поле имеет массу?

Нет. Зато в результате взаимодействия фотонов с высокой энергией при удачном стечении обстоятельств могут возникать массивные частицы.

>>эта очень важная терминологическая тонкость ведет к огромному количеству последствий. одним проявлением из которых являются те самые гравитационные волны.

Что-то не вижу прямой связи. Волновое решение уравнения гравитации_2 никак не связано с эквивалентностью гравитации_1 и гравитации_2, насколько я представляю.

>>Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия.

Таким образом, это ставит крест на попытки обнаружить поле, отличные от его взаимодействия с «пробным зарядом»? Без ушей не будет звука?

Ответ был в контексте вопроса на тему где скрывается энергия неупавшей банки. Поле само по себе безусловно обладает энергией. Особенно ярко это проявляется в случае сильного взаимодействия aka масса кварков лишь 3% от массы протона.

P.S. Система из двух некогерентных фотонов тоже имеет массу.

А почему волновое решение уравнения Максвелла - фотон - является переносчиком э.-м.-взаимодействия, а волновое решение уравнения гравитации - гравитационная волна - не имеет отношения к переносу гравитационного взаимодействия?

> и откуда она там взялась

Из сингулярности Большого взрыва же :)

Меня другое интересует — откуда берётся энергия приливов (из неё ещё предлагают электричество добывать)? Приливы обусловлены наличием Луны, не так ли? Луна передаёт часть своей [потенциальной] энергии электростанции, ИЧСХ, эта энергия обратно на Луну не возвращается, так ведь? Почему тогда Луна не пададает на Землю? Не падает ведь?.. Или?... OH SHI~!

какова энергия гравитационного поля земли?

Проинтегрируй потенциальную энергию всей материи Вселенной относительно Земли.

Вопрос надо по-другому ставить. Вот есть у нас каменная глыба, несётся в сторону земли со скоростью 100 км/ч. Её кинетическая скорость равна mv^2/2. Внезапно переносимся в систему отсчёта, связанную с каменюкой. Кинетическая энергия = 0, потенциальная осталась такой же. ЧЯДНТ?

А суть здесь такова, что никаких энергий не существует. Есть только _инварианты_, которые существуют только при особых условиях (неускоренность системы отсчёта, и всё такое), и возникают они из других законов мировой механики. Они удобны для вычислений, вот ими и пользуются. Ну и ещё есть теория, что какой-то инвариант всегда должен быть, иначе нельзя - называется «закон сохранения энергии».

Потому что фотон, грубо (а может и точно - кто знает) говоря - сконцентрированная энергия. Время жизни этого образования равно нулю, поэтому ему и нужно двигаться со скоростью света, чтобы «протянуть подольше». А мифический гравитон - волна плотности пространства-времени (его можно сравнить с фононом в кристаллической решетке).

Грав. волна имеет отношение к переносу гравитационного взаимодействия. А вот частиц, переносящих грав. взаимодействие, скорее всего, не существует (в отличие от остальных видов взаимодействия, где переносчиками являются фотоны, электроны и всякие глюоны).

Вот-вот. А когда закон сохранения энергии нарушается, считается, что к этому делу «приложил руку» вакуум :)

Когда считают, что вакуум обладает энергией и всякими другими свойствами, закон сохранения энергии отлично выполняется.

система луна-земля замедляет осевое вращение каждой компоненты. луна уже вошла в резонанс и всегда повёртнута одной стороной, когда ни будь и земля будет такой же.

>своей [потенциальной] энергии

не потенциальной. кинетичекой \frac{I\omega^2}{2}